索道缆绳拉牵式内河航运系统技术方案

索道缆绳拉牵式内河航运系统包括：用索道拉牵代替螺旋桨推进；用在船底加气垫的气垫船代替原先的内河船；用斜坡拉牵过水坝替代“船闸”过水坝等。宋代名画“清明上河图”真实地描绘了岸上拉牵的人力只是摇桨的一半的事实。用现代钢丝索道拉牵无论在牵引力和速度上都远超过人力拉牵，用拉牵代替螺旋桨推进，不单节能50％，河道上不再有油污、船下无螺旋桨，无论对人对鱼都有益处。采用在船底加气垫技术，使船底在空气上走比船底在水上走的阻力减小约800倍。有气垫，船的阻力减小近一倍(又节能50％)。行船阻力减小为提高船速创造条件。采用“少水模式船槽”斜坡拉牵过水坝模式，替代“船闸”过水坝模式，是一个耗水不多(与船闸相比)、既不停运、又节能的好方案。?

【技术实现步骤摘要】
索道缆绳拉牵式内河航运系统
宋代名画“清明上河图”上有大幅面的船和航运活动画面，其中有一 高高桅杆的重载货船，桅杆绑有一长绳子，由岸上五个人拖着走，五人中有两个还是倒 着走的，看来拖这条船并不需要五个人的全力。在五人斜下方，还画有一支大桨，由八 个人齐心摇动。我们再看画面上的河道转弯处，还并列画有拉牵和摇桨的两条船，岸上 拉牵有三人，船尾摇桨的是六人。对比之后，可发现拉牵的人力只是摇桨的一半。当 然画家不是科学家，他不一定晓得岸上拉牵的能量利用率比摇桨(包括现代螺旋桨)高 得多的道理，但他真实地记录了。那么节能效果好的拉牵技术为什么至今没有沿用和发 展呢？除了桥和水坝等障碍外，螺旋桨推进技术的应用可能是祸根，它让人感到快捷方 便，早把节能忘在脑后了。在地球生存环境日益恶化的今天，有必要重新启用古老的拉 牵技术，并用新科技加以改善，使其更节能更有效率。本专利技术属于内河船舶运输技术领 域。技术背景内河上运输船只大小不等，速度不同，行驶方向各异，经常出现互相 碰撞或阻塞，遇到水闸水坝要花很长时间才能通过，内河船运速度慢，效率低，无法与 公路运输竞争，因此极待改造。索道缆车是比较成熟的技术，可以在俊岭险岸上建索道，有比较大的安全牵引 力，建一个长距离的大牵引力的索道的成本比建一条低等级公路都要低，而且维护成本 也低。本专利技术是杨金玉专利技术(200810017737.9)(200810150248.0)的延续。
技术实现思路
针对内河航运中存在的问题，首先把船上动力(包括驾驶人员和燃 料)移出船体(减轻船的自重，可载更多的货)，改原来螺旋桨推进为岸边索道缆绳拖 曳。这一措施可节能50%。大家知道，机械力经螺旋桨旋转，转换成对船的推力，其能 量转换效率低于50%，而直接由岸边拖曳的效率高于90%。其次，是采用船底加气垫等 措施进一步减少船的阻力，争取再节能50%。再次是利用系统工程进一步，增加运量、 缩短货物到达时间。详细
技术实现思路
结合附图加以说明。附图说明图中图1为两独立索道运行示意2为缆绳自动交接示意3为缆绳交接爪的抓接过程4为标准化船平面5为标准化船基本架构6为折叠式舱底气垫通道和安装7为浮箱升降式栈桥水槽8为标准船队过三峡大坝的斜坡水槽方案图。用现代钢丝索道拉牵无论在牵引力和速度上都远超过人力拉牵，也因此拉牵船 运有能力与铁路公路运输较量。用拉牵代替螺旋桨推进，节能效果明显。把发动机、螺 旋桨及燃料移出船体，不但减轻船的自重可载更多的货，河道上不再有油污、船下无螺旋桨，无论对人对鱼都有益处。而且不要发动机、螺旋桨，能节省下来大笔钱，可用作 部分冲抵索道的基建费用。 用索道拉牵适宜作长距离运输。而钢丝绳不可能无限长。因此我们用多个独立 的短距离的拉牵小系统组成长距离系统(见图1)。根据需要各小系统的拉力、速度可以 不同，各小系统架空高度也可依据地形桥洞高度而改变，以不影响其他船只航运为准。图1中，1为上游小系统的钢丝索，2为下游小系统的钢丝索，3和5为主动轮轮 盘，由电机带动，4和6为被动轮轮盘。被钢丝索1由上游牵引下来的船只，将通过缆绳 自动交接装置(见图2图3)交接给下游钢丝索2，继续向下游牵引。同理在河道的另一 边，被钢丝索2由下游牵引上来的船只，也将自动交给钢丝索1，继续向上游牵引。图2 图3中，9为缆绳交接爪，其上方抓的是索绳牵引杆8，下方挂的是缆绳(指钢丝索与船 之间的牵引绳)。缆绳自动交接过程如下在轮盘3带动下，钢丝索1将作箭头方向移 动，同时经索绳牵引杆8，带动缆绳交接爪9，再经缆绳牵引船只。当缆绳交接爪9被带 至图2图3的A位置时，交接爪9将穿入导轨7 (见图2的局部放大图)，直到导轨下降 的B处(见图3)，有一固定的挡块(图中未画出)挡一下棘爪的虚线部分，使棘爪脱钩 (这里仅是原理性说明，实际上用光电位置检测，再控制电磁棘爪动作)。在图3的B处 表现了处于自由状态的爪钩9，在索绳牵引杆8继续前进及导轨向下的双重作用下的瞬时 状态。再继续下去，缆绳交接爪9就与上游索道小系统完全脱离。然后爪钩9在重力和 惯性力作用下，沿导轨自由滑动至C位置(在导轨上装有卡紧弹簧片，能暂时阻止爪钩继 续前进)，爪钩张口等待下游索道上的索绳牵引杆8’的到来，8，到来后将推动爪钩向 后移动并挂上棘爪(如A状态)。这样爪钩就紧紧抓住牵引杆8’，在钢丝索2的有力牵 引下冲破C位置上的弹簧片阻力而脱离导轨7，转入下游索道系统的正常牵引。至此完 成了上下游两个系统的缆绳的自动交接过程。通过上述缆绳交接过程，我们可以发现，只要改变一下导轨7的上下倾角或前 后位置，我们就可以完成把缆绳自动转交给在附近等待的另一个小系统，这一功能类似 于铁路道叉，因此我们称其为“索道道叉”。有了索道道叉，我们就能做到把部分船只 调入(出)分叉河道，当然也可调入(出)装卸港。这样我们就可依据运输量、货物流 向及航道状况，灵活地组建不同牵引力(不同吨位船队)、不同速度的主干航道，分支航 道索道拉牵网。下面我们来讨论标准化的节能气垫船10。图4图5示出了该船的式样。标准 化气垫船是一种无动力、敞开式、方方整整的平底船，可以运集装箱也可运散货。图4 示出了 500吨级船的外形尺寸，其有效吃水三米，若在船舱放置三层20尺集装箱，每层 七只，每箱标重20吨，21箱共标重420吨。根据实重可增减几只集装箱，使整个船队 吃水线基本一致。旱季可减至二层，此时吃水二米。船舱中心涂上显眼标记，可提高集 装箱吊装速度。船四边分隔开八个空舱，图中四个打斜线的舱叫调平衡舱，舱底设有人 工控制的水阀。在船装满货之后，船体必定会发生倾斜，大的倾斜通过移动上层货柜来 校正，而小的倾斜则通过向四个平衡舱分别注水(控制水阀)来校正(卸货后放掉水)， 注水也能微调吃水线，使船队吃水一致，其余四个空舱完全封闭以提高安全性。图5示 出标准化船的基本架构，与一般船不同之处是两舷有比船底还深的刚性侧壁，船底中心 还有一条向下的龙骨，两侧壁与龙骨取齐，当船平放地面时三者就是支撑。船底底面用波纹玻璃钢板，船体骨架用型钢或环氧碳纤维、环氧玻璃纤维成型。当这种船下水装满 货，并调吃水调平衡之后，我们就向船底充气，使船底形成一层气垫，这层气垫隔开了 水与船底的接触(见图5小图)，只要船体不发生大的倾斜，这一层不厚的气垫将被密封 在船底。行船后要对船底补点气，对于在内河航行的宽体重载船来说，倾斜不大，因此 补气量不大，补气能耗极省，与耗气极大的军用气垫船形同两极。船底之间用折叠式气 垫密封通道连接(图5图6)，加上各船吃水一致，这样整个船队船底的气垫连贯相通。 可以用一个蓄电池气泵完成整个船队的补气。气垫减小行船阻力的原理是船底在空气上走比在水上走的阻力要小约800 倍。(20°C时水的阻力是空气阻力的671倍。10°C时水的阻力是空气阻力的949倍)。 例如船宽8.5米，吃水是3米，没有气垫时，船(纵断面) 与水接触8.5+3+3 = 14.5米。 船底加气后，8.5米船底的大部分不与水直接接触(两侧壁和龙骨要与水接触)，使船与 水接触减小至7.5米以下。有气垫，船的阻力减小近一倍。在水道允许情况下，进一步 扩大船宽，效果更好。比如船长20米，吃水3米不变，船宽改25米，此时船底与水接 触面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钢丝索道船舶拉牵系统，由很多个独立的短距离的拉牵小系统组成长距离系统，每个小系统包括：钢丝索，主动轮轮盘，被动轮轮盘，缆绳自动交接爪，索道道叉；其中，钢丝索：头尾相连，钢丝索上隔一定距离固定一个牵引船舶的索绳牵引杆；其中，主动轮轮盘，由电动机带动，是牵引钢丝索的动力；其中，被动轮轮盘，起固定钢丝索和改变钢丝索走向作用，与主动轮配合，组成两边同步牵上牵下的牵引小系统；其中，缆绳自动交接爪，其上方抓的是索绳牵引杆，下方挂的是牵引船只的缆绳，当缆绳交接爪被带至图３的Ａ位置时，交接爪将穿入导轨，直到导轨下降的Ｂ处，有一光电检测器检到交接爪并用电磁力使棘爪脱钩，爪钩处于自由状态；再继续下去，缆绳交接爪就与上游索道小系统完全脱离；然后爪钩在重力和惯性力作用下，沿导轨自由滑动至Ｃ位置，此位置的导轨上装有卡紧弹簧片，能暂时阻止爪钩继续前进，爪钩张口等待下游索道上的索绳牵引杆的到来，下游索绳牵引杆到来后将推动爪钩向后移动并挂上棘爪，如Ａ状态，这样爪钩就紧紧抓住下游牵引杆，在钢丝索的有力牵引下冲破Ｃ位置上的弹簧片阻力而脱离导轨，转入下游索道系统的正常牵引；至此完成了上下游两个系统的缆绳的自动交接过程；其中，索道道叉，建立在缆绳自动交接爪和导轨可上下、前后改变的基础上，这样一来，上游下来的缆绳可以自动转交给在附近等待的另一个下游小系统，完成类似于铁路道叉功能。...

【技术特征摘要】
1.一种钢丝索道船舶拉牵系统，由很多个独立的短距离的拉牵小系统组成长距离系 统，每个小系统包括钢丝索，主动轮轮盘，被动轮轮盘，缆绳自动交接爪，索道道叉；其中，钢丝索头尾相连，钢丝索上隔一定距离固定一个牵引船舶的索绳牵引杆；其中，主动轮轮盘，由电动机带动，是牵引钢丝索的动力；其中，被动轮轮盘，起固定钢丝索和改变钢丝索走向作用，与主动轮配合，组成两 边同步牵上牵下的牵引小系统；其中，缆绳自动交接爪，其上方抓的是索绳牵引杆，下方挂的是牵引船只的缆绳， 当缆绳交接爪被带至图3的A位置时，交接爪将穿入导轨，直到导轨下降的B处，有一 光电检测器检到交接爪并用电磁力使棘爪脱钩，爪钩处于自由状态；再继续下去，缆绳 交接爪就与上游索道小系统完全脱离；然后爪钩在重力和惯性力作用下，沿导轨自由滑 动至C位置，此位置的导轨上装有卡紧弹簧片，能暂时阻止爪钩继续前进，爪钩张口等 待下游索道上的索绳牵引杆的到来，下游索绳牵引杆到来后将推动爪钩向后移动并挂上 棘爪，如A状态，这样爪钩就紧紧抓住下游牵引杆，在钢丝索的有力牵引下冲破C位置 上的弹簧片阻力而脱离导轨，转入下游索道系统的正常牵引；至此完成了上下游两个系 统的缆绳的自动交接过程；其中，索道道叉，建立在缆绳自动交接爪和导轨可上下、前后改变的基础上，这样 一来，上游下来的缆绳可以自动转交给在附近等待的另一个下游小系统，完成类似于铁 路道叉功能。2.—种标准化的节能气垫船船队，包括标准化气垫船，折叠式气垫密封通道，艏船；其中，标准化气垫船，是一种无动力、敞开式、方方整整的平底船，可以运集装箱 也可运散货；船舱中心涂上显眼标记，船四边分隔开八个空舱；分布在四角的舱叫调平 衡舱，舱底设有人工控制的水阀，可以用水阀向四个平衡舱分别注水来校正装货后船体 的平衡和微调吃水线，使船队吃水一致，其余四个空舱完全封闭以提高安全性；船两 舷有比船底还深的刚性侧壁，船底中心还有一条向下的龙骨，两侧壁与龙骨取齐，当船 平放地面时三者就是支撑；船底底面用波纹玻璃钢板，船体骨架用型钢或环氧碳纤维、 环氧玻璃纤维成型；当这种船装满货，并调吃水、调平衡之后，就向船底充气，使船底 形成一层气垫，这层气垫隔开了水与船底的接触，船底在气垫上走比在水上走阻力小约 八百倍；只要船体不发生大的倾斜，这一层不厚的气垫将被密封在船底；行船后要对船 底补点气，对于在内河航行的宽体重载船来说，倾斜不大，因此补气量不大、补气能耗 极省；由于标准化气垫船大多是大船队运行，每条船都很方整，因此在船尾两舷各装一 块软性拖板，盖住前后船之间隙，就能消除船间水流涡流，使整个船队都处于接近阻力 最小的层流状态下运行，达到进一步节能的目的；当然船顶加货物盖布也可减少风阻； 在船帮上加“鲨鱼皮” 一样的覆盖物还可减少3-5%的阻力；行船阻力减小为提高船速 创造条件；其中，折叠式气垫密封通道，安装在两船船底之间，连接处用挤压橡胶进行气压密 封，并在两船分别装几根天花板棍限制折叠通道上顶，两船的天花板棍成叉指分布，其 长短要满足既能阻挡折叠通道上顶，还不妨碍船转弯；基于调平衡调吃水之后船队所有船的吃水一致，有了密封折叠通道后，船队船底气垫连贯相通，阻力更小，更易统一补 气；其中，艏船，每个标准气垫船队都加有一条特别设计的艏船，他要完成以下功能 船头外形能引导水流气流使其处于阻力最小状态；有捆绑、收集卷绕牵引缆绳装置；装 载蓄电池气泵，对船底补气，最好自动对气垫检测后，再控制补气；在每条船上装漏水 检测传感器，集中到艏船用无线电自动报警求救；当河道弯多弯急时可考虑增加舵和舵 手。3.一种浮箱升降式栈桥活动水槽斜坡拉牵过水坝系统，包括引槽，栈桥活动水槽，水坝，浮箱，拉牵小系统；其中，引槽，建在水坝下游河床上的斜坡水槽，分别有一升一降两个水槽，两水槽 的宽度比标准气垫船稍宽，只要在水槽中装上少量水就能使船浮起来，我们把用水不多 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨金玉，
申请(专利权)人：杨金玉，
类型：发明
国别省市：87